Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados
description
Transcript of Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados
![Page 1: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/1.jpg)
Dimensionamiento básicoDimensionamiento básicoSistemas autosustentadosSistemas autosustentados
![Page 2: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/2.jpg)
ObjetivoObjetivo
Proporcionar los elementos Proporcionar los elementos básicos de dimensionamiento y básicos de dimensionamiento y diseño de la tecnología fotovoltaica aplicada en la diseño de la tecnología fotovoltaica aplicada en la implementación de proyectos de electrificación rural.implementación de proyectos de electrificación rural.
![Page 3: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/3.jpg)
Electrificación RuralElectrificación Rural
![Page 4: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/4.jpg)
Usos Típicos: Iluminación BásicaUsos Típicos: Iluminación Básica
![Page 5: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/5.jpg)
Riego AgrícolaRiego Agrícola
![Page 6: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/6.jpg)
AbrevaderosAbrevaderos
![Page 7: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/7.jpg)
Refrigeración Refrigeración
![Page 8: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/8.jpg)
Electrificación DomésticaElectrificación Doméstica
![Page 9: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/9.jpg)
Bombeo de AguaBombeo de Agua
![Page 10: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/10.jpg)
Sistemas FotovoltaicoSistemas Fotovoltaico
Un sistema fotovoltaico es un conjunto de elementos que permiten obtener electricidad a un voltaje específico a partir de la energía luminosa del Sol.
CLASIFICACIÓN
Sistemas Autónomos
Sistemas en CD
Sistemas en CA
Acoplamiento DirectoA. c/Seguidor de potenciaA. c/InversorA. c/Baterías/Controlador
A. c/Bat./Cont./Inversor
![Page 11: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/11.jpg)
Sistemas interactivos con la red
FV/Baterías/Inversor/RedFV/Inversor/Red
Sistemas Híbridos
Fotovoltaico/MotogeneradorFotovoltaico/eolicoFotovoltaico/Eólico/motogenerador
Sistemas FotovoltaicoSistemas Fotovoltaico
![Page 12: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/12.jpg)
Tableros de distribución Carga en CD
Sistemas FV’sSistemas FV’s Autónomos Autónomos
ArregloFotovoltaico
Sistema de Almacenamiento de Energía
Banco de Bateríascomúnmente 12 V
Controladorde Carga
Sol
CARGAS EN CORRIENTE DIRECTA
Electrificación DomésticaRadiocomunicaciónTelevisión educativa,Iluminación básica, etc.
CD
CD
CD
![Page 13: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/13.jpg)
ArregloFotovoltaico
Sol
Generación de Electricidad en CD
Sistema de Acondicionamiento de Energía
Banco de Baterías
Vn depende del Inversor
Controladorde Carga
Tableros de distribución de carga en CA
Tableros de distribución de carga en CD
CARGAS EN CD Y CA
InversorCD/CA
Sistemas FV’sSistemas FV’s Autónomos Autónomos
CD
CD
CD
CD
AC
![Page 14: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/14.jpg)
ArregloFotovoltaico
Sol
Generación de Electricidad en CD
Banco de Baterías
Vn depende del Inversor
Controladorde Carga
Tableros de distribución de carga en CA
Tableros de distribución de carga en CD
CARGAS EN CD Y CA
Inverso/CargadorrCD/CA
Sistemas FV’sSistemas FV’s Autónomos Autónomos
CD
CD
CD
CD
AC
MotogeneradorCA
AC
![Page 15: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/15.jpg)
Dimensionamiento FotovoltaicoDimensionamiento Fotovoltaico
Procedimiento a través del cual se determina la potencia pico óptima del arreglo FV que generará la energía necesaria para una aplicación específica en cierta localidad.
Así mismo, determinar la capacidad del sistema de almacenamiento de energía en base a los requerimientos de autonomía requeridos.
![Page 16: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/16.jpg)
GEOGRÁFICOS Localización del
sitio,Clima,Conocimiento del
sitio,RECURSO SOLAR
del sitio
Conocimientos Necesarios:Conocimientos Necesarios:
ENERGÉTICOSTipo de CargasTiempo de usoPotencia totalEnergía total
TECNOLÓGICOSTipo de módulosTipo de controladoresTipo de estructurasTipo de bateríasTipo de inversor
![Page 17: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/17.jpg)
Criterios Fundamentales para el Criterios Fundamentales para el Dimensionamiento FVDimensionamiento FV
ENERGÍA GENERADA AL DÍA
ENERGÍA ALMACENDADA
ENERGÍA TOTAL
CONSUMIDA POR DÍA
3 VECES LA ENERGÍA CONSUMIDA POR DÍA
CAÍDAS DE VOLTAJE EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
3% DEL VOLTAJE NOMINAL
SIMPLICIDAD EN EL DISEÑO
DE DISEÑO...
BALANCE ENERGÉTICO
![Page 18: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/18.jpg)
Métodos de DimensionamientoMétodos de Dimensionamiento
AMPER-HORA: Método sencillo aplicable para sistemas FV’s con voltajes nominales iguales o menores de 48 VCD.
Características: El método asigna a los módulos de 33 y 36 celdas un voltaje nominal de 12 V CD, es decir, Vn(módulo) = 12 V
El voltaje nominal requerido por las cargas, Vn, proporcionado por el fabricante, es obtenido al configurar módulos en serie.
No. de módulos en serie = Vn / Vn(módulo) = Vn / 12
![Page 19: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/19.jpg)
La energía generada por el módulo (o un arreglo en serie hasta 48 V CD se obtiene de multiplicar Im bajo STC con el Recurso Solar.
No se consideran variaciones de voltaje debido a la temperatura y a la irradiancia.
MÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTOMÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTO...: ...: amper-horaamper-hora
![Page 20: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/20.jpg)
ENERGÍA GENERADA POR MÓDULOSRECURSO SOLAR CONSIDERADO: Rs= 5 HORAS PICO = 5,000 W-h/m2
NTC: 25ºc, 1,000 W/m2
MÓDUL0 No. celdas Pp(W)
Vm(V)
Im(A)
Vn Eg
S-M55 36 53 17.4 3.4 12S-M75 33 48 15.9 3.02 12S-M65 30 43 14.5 2.95 12H-4810 36 48 17 2.8 12MSX-60 36 60 17.8 3.37 12MSX-53 36 53 17.8 3.0 12MSX-83 36 83 17.1 4.85 12
MSX-120 36 120 17.1 7.0 12S-PC4J 36 75 17 4.4 12
S-a-MSA-10 - 10 15 0.66 12US-a-328 - 32 16.5 1.94 12
KC-80 36 80 16.9 4.73 12
Método de Amper-horaMétodo de Amper-hora
![Page 21: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/21.jpg)
Ruta de DimensionamientoRuta de Dimensionamiento
EL QUE..., EL PARA QUE..., y EL COMO...
1º: IDENTIFICACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS Cargas en CD o en CA.
2º. ELABORAR UNA RELACIÓN DE CARGAS EN CD Y CARGAS EN CA.
3º. IDENTIFICACIÓN DEL VOLTAJE NOMINAL Y SU POTENCIA DE OPERACIÓN DE LAS CARGAS.
De preferencia, todas las cargas deben de operar al mismo Vn.
![Page 22: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/22.jpg)
4º. IDENTIFICACIÓN DE LA POTENCIA NOMINAL Ó DE OPERACIÓN DE LAS CARGAS.
5º. ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE OPERACIÓN DE CADA CARGA.
6º. CÁLCULO DE LA ENERGÍA ESTIMADA (parcial y total).
Ruta de DimensionamientoRuta de Dimensionamiento
![Page 23: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/23.jpg)
EJEMPLO: CUADRO DE CARGAS DE UN PROBLEMA HIPOTÉTICO
RELACIÓN DE CARGAS EN CD (o CA) A USAR Y SUSCARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
Tipo de Carga Vn(V)
Pn(W)
Ic(A)
Cant. PST
(W)Tiempo uso
diario(h)
Ec1(A-h)
Ec1(W-h)
Lámp. Flores. 12 20 1.6 5 100 4 32.0 400Lamp. PL 12 13 1.2 4 52 6 28.8 312Lamp.PL 12 18 1.8 4 72 2 14.4 144
Bomba Shur 12 70 4 1 70 4 16.0 280TV 12 50 4.5 1 50 4 18.0 200
TOTAL 344 109.2 1336
![Page 24: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/24.jpg)
Elección del voltaje nominal del Elección del voltaje nominal del sistema FVsistema FV
RECOMENDACIONES:a) Cargas únicamente en CD: Se elige como voltaje nominal
del sitema Vn(S) el Vn de la carga que tenga el máximo voltaje nominal.
Por lo cual: Vn(S) = Vn(máximo de la carga = VnAFV= VnB
b) Cargas en CA: Las cargas en corriente alterna requieren de un inversor CD/CA. De aquí que el voltaje nominal del sistema Vn(S) estará definido por el voltaje nominal del inversor seleccionado, VnI.
Por lo que: Vn(S) = VnI= VnAFV= VnB
![Page 25: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/25.jpg)
Cálculo del Tamaño del ArregloCálculo del Tamaño del ArregloCriterio Amper-horaCriterio Amper-hora
No. de paneles en paralelo NP : Se calcula considerando el balance de energía y
considerando las pérdidas de energía por el manejo y almacenamiento de ésta.
No. de módulos en serie= un panel
NS= Vn(S)/12
siendo 12 V el voltaje nominal del módulo
cBIcwp
sCP η.η.η.η.Im.H
.FEN
![Page 26: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/26.jpg)
•Ec es la energía total a consumir por las Ec es la energía total a consumir por las cargascargas,, expresada en amper-hora (dividir la Energía en Watt-hora entre el voltaje nominal del sistema).
•FS es el factor de sobredimensionamiento (5% al 10%).
•Hp recurso solar disponible en horas-pico.
•Im corriente del módulo en el punto de máxima potencia bajo STC (proporcionado por el fabricante)
•T es la eficiencia total en el manejo de energía:
W eficiencia en las líneas de transmisión (97%), C eficiencia en el controlador (97%), I eficiencia en el inversor (95%), cB eficiencia coulómbica en batería ( 95%).
![Page 27: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/27.jpg)
EJEMPLO: EJEMPLO: Se desea calcular cuantos módulos en serie y en paralelo se requieren para generar la energía requerida en una localidad que tiene:a) Un recurso solar promedio diario anual de 6,000 W-h/m2 al día.b) Un recurso solar mínimo promedio diario mensual de 3.5HPSoluciónDatos: Ec= 109.2 A-h @ 12VCD;
¿Cual es el Vn(S)?
¿Cual es el voltaje del banco de baterías?
Seleccionen módulo. ¿Cual es el voltaje nominal del módulo a usar?
¿Cuantos módulos se requieren en serie para dar Vn(S)?
¿Cual es el recurso de la localidad en HP
Calculen NP para (a) y para (b)
![Page 28: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/28.jpg)
Cálculo de la Capacidad de Cálculo de la Capacidad de AlmacenamientoAlmacenamiento
La capacidad de un banco de baterías, CB, se dimensiona en función de la energía consumida diariamente por las cargas eléctricas y la autonomía requerida en el sistema.
En un sistema FV la autonomía del banco de baterías se define como el número de días que funcionarán las cargas eléctricas con cero insolación.
Unidad de medición: amper-hora @ Vn
![Page 29: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/29.jpg)
Baterías Comerciales para Baterías Comerciales para Sistemas FVSistemas FV
6 V
12 V
2 V
6 V
![Page 30: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/30.jpg)
Características eléctricas de un Características eléctricas de un acumulador Pb-ácidoacumulador Pb-ácido
Vn= 12V; voltaje nominal Voc = 12.8V @ 100% carga; Voc= 11.4V @ 0% cargaVoc<11.0 V muerta
Voltaje máximo de carga VM= 15.2 VVoltaje mínimo de descarga Vm= 11.8 V @ 80% DOD
Eficiencia en el proceso carga/descarga: 92% al 98%.Eficiencia en voltaje de carga y descarga: 88%Eficiencia global: 84%
![Page 31: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/31.jpg)
Cálculo de la CapacidadCálculo de la Capacidad
.fu.Fi.VnEc.Au
BB C
Ec es la energía consumida expresada en W-h.
Au es la autonomía del sistema expresada en días.
VnB es el voltaje nominal del banco de baterías (igual al Vn(S)).
fu es el factor de uso de la batería, fu= 0.5 para placas delgadas y fu= 0.8 para placas gruesas.
Fi es el factor de incremento en la capacidad debido a una razón de descarga mas lenta,Fi=1.05 para placa delgada y Fi=1.35 para placa gruesa.
![Page 32: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/32.jpg)
Sistema de Almacenamiento de Sistema de Almacenamiento de EnergíaEnergía
V Voltaje
I Corriente
R Resistencia (carga)
C Capacidad en AH
Una Batería
+
+
Vt = V1 = V2 = V3It = I1 + I2 + I3Ct = C1 + C2 + C3
Baterías conectadas en Paralelo
12V
12V
12V
12V
Baterías conectadas
en Serie
_+
_+
_+
+
-
Vt = 3V
It = I1= I2 = I3
Ct = C1 = C2= C3
12V12V 12V
36V
- + VR
I
12V
![Page 33: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/33.jpg)
Sistemas Fotovoltaicos con seguidor solar Horizontal
Sistemas FotovoltaicosSistemas Fotovoltaicos
Estructuras para Paneles Estructuras para Paneles FVFV
![Page 34: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/34.jpg)
Sistemas Fotovoltaicos con Sistemas Fotovoltaicos con Seguidor SolarSeguidor Solar
![Page 35: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/35.jpg)
ControladoresControladores
Dispositivo electrónico cuya función es el de mantener el estado de carga adecuado en el banco de baterías.
Características:1. Evitar la sobrecarga.2. Evitar la descarga fuera de los rangos establecidos.
Puntos de Control:1. Desconexión de módulos FV: de 14.0 a 15.5 V.2. Voltaje de flotación: de 13.5 a 14.0 V3. Reconexión de módulos FV: de 12.8 a 13.4 V4. Desconexión de cargas por bajo voltaje: de 11.4 a 11.8 V5. Reconexión de cargas: de 13.2 a 13.8 V
![Page 36: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/36.jpg)
Controlador de cargaControlador de carga
Controlador de carga - Medidor
para sistemas fotovoltaicos Modelo CMCX - 12/15/20
![Page 37: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/37.jpg)
Controladores de cargaControladores de carga
![Page 38: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/38.jpg)
INVERSORESINVERSORES
Dispositivo electrónico que transforma la electricidad en Corriente Directa a Corriente Alterna.
La entrada de alimentación es con voltajes nominales desde 12, 24, 36, 48 hasta 120, 240 VCD.
La salida de la electricidad es de 120/240 VAC nominales con ondas tipo cuadrada, semisenoidal y senoidal pura con frecuencias de 50 o 60 Hz.
Se especifican por la potencia nominal dada por el fabricante (desde 100 W hasta ...) y se seleccionan por la potencia necesaria para satisfacer la potencia de un conjunto de cargas.
![Page 39: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/39.jpg)
InversoresInversores
![Page 40: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/40.jpg)
Características Fundamentales Características Fundamentales de un Inversorde un Inversor
1500 watts de potencia continua Señal de salida de onda modificada 94% de eficiencia pico Construido para cargar, 120 amperes, para
baterías Capacidad de 3500 watts en un instante User programmable setpoints Protección, automatica para bajo estado de
carga de baterias.
4000 watts de potencia continua baja distorsión, Señal de salida de onda
perfecta 94% de eficiencia pico Construido para cargar, 120 amperes, para
baterías Conexión automática del generador User programmable setpoints Large, LCD digital meter
![Page 41: Dimensionamiento básico Sistemas autosustentados](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022070414/56814e2d550346895dbb92c2/html5/thumbnails/41.jpg)
Bibliografía RecomendadaBibliografía Recomendada
1. Lasneir F. And Ang T.G., “Photovoltaic Engineering Handbook”, IOP Publishing Ltd 1990, Edit by Adam Hilger, New York.
2. Strong S.T. and Scheller W.G., “The Solar Electric House”, Edit by Sustainability Press, 1993, Massachusetts.
3. Markvart T., “Solar Electricity”, second edition, Edit by John Wiley and Sons, 2000, New York.
4. New England Solar Electric Inc., “The Solar Electric Independent Home”, 4th Editio, 1998, Worthington, Ma.